Лазерный мир

В панельной дискуссии подчеркиваются систематические преимущества сварки с 450 нм диодными источниками.

Лазерный диодный лазер Laserline киловаттного уровня. Майк Хэтчер в Мюнхене

Мощные синие полупроводниковые лазеры с явными преимуществами по сравнению с установленными инфракрасными системами для конкретных применений обработки материалов теперь появляются в действительно промышленных форматах, что предполагают новые разработки выставки LASER World of Photonics.

По крайней мере, две лазерные компании — американская Nuburu и немецкая Laserline — демонстрируют системы киловаттного уровня, нацеленные, главным образом, на сварку меди на Messe Munich в этом году, хотя между подходами, принятыми двумя фирмами, есть существенное различие.

В то время как системы Nuburu основаны на чипах с одночным излучателем, Laserline тесно сотрудничает с разработчиками лазерных диодов из Osram Opto Semiconductors  мощной диодной  линейки, которая имитирует более традиционные диодные лазеры, работающие в ближней инфракрасной области.

Лучшее поглощение в синем

Большим преимуществом сварки синим светом является то, что все металлы — особенно медь и золото — имеют гораздо более высокое поглощение на более короткой длине волны. Трудность заключается в том, что полупроводниковый материал из нитрида галлия (GaN), необходимый для производства синих светодиодов, по технологической зрелости отстает от арсенида галлия (GaAs) как минимум на десять лет.

Но благодаря усилиям Nuburu и команды Osram Opto / Laserline в рамках недавно завершенного проекта «Blaulas» при поддержке правительства Германии этот разрыв в зрелости, похоже, сокращается.

Harald König из Osram Opto рассказал на мюнхенской панельной сессии, что проект позволил повысить эффективность преобразования синего диода до 45 процентов, в то же время поставив линейку из 23 диодов с синим диодом с рекордной выходной мощностью 107 Вт при длине волны 445 нм и только микроканальным охлаждением.

Используя собственный опыт в области эпитаксиального роста для производства мощных одиночных излучателей AlGaInN на подложках GaN c-плоскости диаметром 2 дюйма, команда Osram изготовила микросхемы с ребристыми волноводами и полостями 1200 мкм.

Конечная цель состояла в том, чтобы получить синий источник с волоконно-оптическим выходом мощностью 1 кВт, что достигается объединением 12 диодных линеек. Laserline демонстрирует получившуюся систему  на своем стенде LASER World of Photonics. König сказал, что система на уровне киловатта мощности, поставляемой через оптическое волокно диаметром 1000 мкм, продемонстрировала эффективность использования «от розетки» на уровне 25%.

Синий лазерный сердечник Nuburu мощностью 150 Вт

Более высокая общая эффективность

Хотя эта эффективность преобразования может не очень хорошо сравниваться непосредственно с диодными лазерами ближнего инфракрасного диапазона на основе GaAs, гораздо более высокий уровень поглощения металлами в синей области фактически делает обработку с более короткой длиной волны — доставляя больше энергии на фотон — более энергоэффективной в целом.

Хотя системы Nuburu мощностью 500 Вт с жидкостным охлаждением и выглядят значительно более громоздкими, чем коллаборация Osram-Laserline, во время той же сессии коллега из Колорадо Jean-Michel Pelaprat сказал, что использование одиночных излучателей вместо стержней обеспечивает значительно лучшую яркость — критическое преимущество, когда речь идет о сварке.

«Мы получаем гораздо лучшую коллимацию каждого диода», — заявил Pelaprat, по сравнению с альтернативным дизайном на основе линейки, который, по его словам, будет страдать от изменчивости направления наведения соединенных излучателей.

Конструкция Nuburu мощностью 500 Вт основана на четырех «основных» диодных излучателях мощностью 150 Вт, объединенных с использованием серии перемежающихся зеркал. Pelaprat назвал хорошую долговременную стабильность в качестве другого ключевого атрибута и указал, что, поскольку более энергичные синие фотоны способны выполнять сварку быстрее, чем инфракрасные, синяя система должна в конечном итоге осуществить гораздо больше процессов в течение своего срока службы.

Оптимизированная оптика

Важно отметить, что Nuburu также разработала собственную линзовую оптику, предназначенную для оптимизации сварки с использованием синего источника путем создания высококачественного луча. Pelaprat, продемонстрировав ряд результатов без разбрызгивания при сварке меди с золотом, сказал, что система произвела «превосходные сварные швы» из медной фольги, обычно встречающиеся в литий-ионных батареях, и деталей шпилька, используемые в электродвигателях, а также осуществлению процессов, которые просто невозможны с инфракрасными лазерами.

«Синие [промышленные]  лазеры уже здесь», — заключил он. «Мы очень зрелые, и сегодня осуществляем доставку». Свидетельство этой коммерческой доступности можно найти на стенде LASER 2000, где представлены продукты мощностью 500 и 150 Вт. Pelaprat, ранее работавший в Coherent и генеральный директор производителя диодов Novalux, добавил, что компания произвела систему мощностью 1 киловатт из пары источников мощностью 500 Вт.

LASER 2000 собирается выпустить свой первый лазер Nuburu, и ожидается большой интерес для применения в сварке меди в аккумуляторах электромобилей, наряду с обработкой золота для высококачественного часового производства и травления ювелирных изделий.

Источник: http://optics.org/news/10/6/41